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黏土岩温度-渗流-应力耦合特性试验与本构模型研究进展 被引量:23
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作者 陈卫忠 龚哲 +2 位作者 于洪丹 马永尚 田洪铭 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期1217-1238,共22页
高放废物处置库、垃圾填埋场等工程中常常涉及到温度场(T)、渗流场(H)和应力场(M)的耦合作用的问题。从试验和理论模型两个角度综述国内外黏土岩温度-渗流-应力耦合特性的研究进展,主要包括其传热特性、温度影响下的渗流特性、变形、强... 高放废物处置库、垃圾填埋场等工程中常常涉及到温度场(T)、渗流场(H)和应力场(M)的耦合作用的问题。从试验和理论模型两个角度综述国内外黏土岩温度-渗流-应力耦合特性的研究进展,主要包括其传热特性、温度影响下的渗流特性、变形、强度、蠕变特性。在此基础上,重点分析了黏土岩水-热迁移模型以及热-力耦合本构模型的适应性。基于上述认识,通过试验研究了比利时Boom clay在温度作用下的强度、渗透性、蠕变性等特征。结果表明:随着温度升高,Boom clay的强度有所降低,渗透性显著增强,蠕变速率明显加快。提出了适用于Boom clay的THM耦合弹塑性损伤模型,计算结果验证了模型能合理反映温度的影响。最后,探讨了黏土岩THM耦合机理研究的不足和今后的研究方向。 展开更多
关键词 黏土岩 温度-渗流-应力耦合 水热迁移 力学性质 本构模型
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并联型软岩温度-渗流-应力耦合三轴流变仪的研制 被引量:8
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作者 陈卫忠 李翻翻 +5 位作者 马永尚 雷江 于洪丹 邢天海 郑有雷 贾晓东 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期1213-1220,共8页
为研究温度-渗流-应力耦合条件下软岩的长期力学特性,研制了并联型软岩温度-渗流-应力(THM)耦合三轴流变仪。该仪器适用于开展软岩在不同温度和应力条件下的力学特性的试验研究。仪器通过伺服控制实现试验过程中自动稳压、试验数据自动... 为研究温度-渗流-应力耦合条件下软岩的长期力学特性,研制了并联型软岩温度-渗流-应力(THM)耦合三轴流变仪。该仪器适用于开展软岩在不同温度和应力条件下的力学特性的试验研究。仪器通过伺服控制实现试验过程中自动稳压、试验数据自动采集以及温度、水压力和应力独立控制的梯度加载,设备采用高精度的LVDT变形传感器对试样的变形进行精确测量。设备可以完成的试验包括单轴压缩试验、三轴压缩试验、三轴流变试验、循环加卸载试验以及稳态与瞬态条件下的渗透性测试。试验机由于其独特的设置可以同时对2个试样进行相同围压和水压,不同轴压和温度的试验,大大节约了试验的时间成本,尤其是长期力学性能试验,同时更为有效地减少试验的系统误差。近一年的试验,表明该试验机稳定性好,测量精度高,是一套功能齐全,使用方便的试验装置。 展开更多
关键词 软岩 流变 温度-渗流-应力耦合 岩石力学
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高放废物处置库黏土围岩温度-渗流-应力耦合数值分析 被引量:1
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作者 张娟 梁海安 +1 位作者 赵红亮 仇岩 《安全与环境工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期64-77,共14页
深地质高放射性废物处置库运营过程中,围岩通常处在复杂的温度-渗流-应力多场共同影响的地质环境中,在温度-渗流-应力耦合作用下,合理地确定高放废物处置库硐室间距范围对处置库设计和长期安全稳定性评价尤为重要。基于国内外研究资料,... 深地质高放射性废物处置库运营过程中,围岩通常处在复杂的温度-渗流-应力多场共同影响的地质环境中,在温度-渗流-应力耦合作用下,合理地确定高放废物处置库硐室间距范围对处置库设计和长期安全稳定性评价尤为重要。基于国内外研究资料,针对塔木素预选区高放废物处置库黏土围岩,使用FLAC3D有限差分软件模拟计算了4种不同的硐室间距,并通过对围岩温度场、渗流场、应力场和变形场进行对比分析,对高放废物处置库硐室间距进行了优化。结果表明:在温度-渗流-应力三场耦合作用下,高放废物处置库黏土围岩相邻硐室间距最优设计值为10~12 m;当硐室间距小于10 m时,废物罐中心温度峰值超过了最高温度设计值100℃,当硐室间距大于12 m时,相邻硐室间的影响逐渐减弱,温度峰值逐渐趋近于单硐室。研究结果可为我国高放废物处置库黏土围岩硐室间距优化设计提供参考依据。 展开更多
关键词 高放废物处置库 黏土围岩 温度-渗流-应力耦合 数值模拟
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泥岩核废料处置库温度-渗流-应力耦合参数敏感性分析 被引量:9
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作者 陈卫忠 马永尚 +2 位作者 于洪丹 龚哲 李香玲 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期407-416,共10页
针对比利时HADES地下实验室PRACLAY现场加热试验,应用温度-渗流-应力耦合弹塑性模型,模拟现场加热过程中泥岩核废料处置库的水力学响应特征。采用单因素分析法,就泥岩热、水、力学参数对核废料处置库围岩孔压、温度、有效应力的影响进... 针对比利时HADES地下实验室PRACLAY现场加热试验,应用温度-渗流-应力耦合弹塑性模型,模拟现场加热过程中泥岩核废料处置库的水力学响应特征。采用单因素分析法,就泥岩热、水、力学参数对核废料处置库围岩孔压、温度、有效应力的影响进行了三维有限元分析。并基于参数敏感性分析结果,就温度、渗流、应力三场两两耦合作用对处置库围岩水力学响应的影响程度进行了系统分析。研究结果表明:泥岩热、水、力学参数中,渗透系数、弹性模量以及导热系数对加温所导致的超孔压的值影响较大;凝聚力、内摩擦角以及热膨胀系数对孔压的影响较小,但会显著影响围岩的有效应力;导热系数对围岩温度场的分布有决定性影响,温度传递的差异会显著影响围岩的孔压和有效应力;不同的热、水、力学参数对孔压、温度以及有效应力的影响机制是不同的,温度、渗流、应力三场两两耦合作用对围岩水力学响应的影响程度也存在显著的差异性。温度场对应力场、温度场对渗流场的耦合效应十分显著,加热后,围岩超孔压的产生以及热膨胀导致的有效应力变化会显著影响处置库的稳定。该研究结果在一定程度上可以为核废料处置库泥岩的热、水、力学参数的确定及耦合机制分析提供科学依据。 展开更多
关键词 温度-应力-渗流耦合 敏感性分析 泥岩 孔隙水压力 有效应力
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温度-渗流-应力耦合作用下岩石损伤及声发射特征研究 被引量:11
5
作者 曾晋 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期69-74,共6页
深部地下围岩常常处于复杂的地质环境下,这些复杂的地质环境造就了岩石多变的物理力学行为,本文对取自某矿井的黏土岩开展温度-渗流-应力耦合特性及声发射试验研究,对黏土岩在不同地质环境下的变形特征、渗透特性、损伤及声发射演化特... 深部地下围岩常常处于复杂的地质环境下,这些复杂的地质环境造就了岩石多变的物理力学行为,本文对取自某矿井的黏土岩开展温度-渗流-应力耦合特性及声发射试验研究,对黏土岩在不同地质环境下的变形特征、渗透特性、损伤及声发射演化特征进行分析。研究结果表明:温度和围压对试件的变形具有明显的损伤劣化和抑制作用,温度越高,围压越大,试件逐渐由脆性断裂向脆延性破坏转变;渗透率的变化对应于岩石体积变化出现降低-平衡-上升-回落四个阶段,体变和环向应变突变点为渗透性加速增大分界点;高围压和温度作用下,岩石的声发射呈高能高幅值特征,渐变特征不明显,最活跃值越滞后,低温和低围压下,声发射具有明显的渐变特征,最大值出现在峰值附近;同等围压下,渗透损伤值随温度的升高而增加,围压越大,渗透损伤值越小,温度越高围压越大,损伤发展越均匀。 展开更多
关键词 温度-渗流-应力 黏土岩 突变点 损伤 声发射(AE)
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应力-渗流-溶蚀耦合作用下三维岩石裂隙渗透特性数值计算研究 被引量:2
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作者 申林方 吕倩文 +3 位作者 刘文连 张家明 杨鸿忠 李泽 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第2期428-437,共10页
基于格子Boltzmann方法采用双分布函数分别模拟渗流速度场与溶质浓度场的演化过程,建立了三维岩石裂隙应力-渗流-溶蚀耦合作用机制的数值计算模型,并讨论了渗流流速、法向应力、溶蚀反应速率等因素对裂隙渗透特性演化规律的影响。结果表... 基于格子Boltzmann方法采用双分布函数分别模拟渗流速度场与溶质浓度场的演化过程,建立了三维岩石裂隙应力-渗流-溶蚀耦合作用机制的数值计算模型,并讨论了渗流流速、法向应力、溶蚀反应速率等因素对裂隙渗透特性演化规律的影响。结果表明:在渗流流速较低时,壁面溶蚀出来的离子得不到及时输运,使得出口处浓度较高溶蚀速度慢,裂隙结构呈“喇叭口”状。增大法向应力会减小裂隙开度,减慢溶质的运移速率,使得裂隙出口处的溶蚀速率显著降低,从而限制了其渗透率的发展。当壁面溶蚀反应速率较小时,裂隙渗透率呈持续缓慢增长的状态;随着溶蚀反应速率增加,出口处的溶蚀量会明显小于入口处,导致出口处壁面发生显著溶蚀之前,裂隙渗透率发展缓慢,此后渗透率便呈急速突变增长趋势。研究成果能够为酸蚀作用下岩石裂隙渗透能力的定量评价提供重要理论支撑。 展开更多
关键词 岩石裂隙 应力-渗流-溶蚀耦合 渗透特性 格子BOLTZMANN方法 数值计算
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基于渗流-应力耦合的陶瓷纤维编织密封泄漏特性仿真研究
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作者 王荣桥 乔格 +4 位作者 左平 毛建兴 陈高翔 张晓杰 胡殿印 《润滑与密封》 北大核心 2025年第8期11-17,共7页
针对陶瓷纤维编织密封泄漏性能研究多基于一维理论模型,无法描述密封件内部的气体渗流状态,难以支撑密封件的详细设计。开展新型陶瓷纤维编织密封的泄漏和变形行为数值仿真研究,通过建立陶瓷纤维编织密封的多孔介质渗流-应力耦合求解模... 针对陶瓷纤维编织密封泄漏性能研究多基于一维理论模型,无法描述密封件内部的气体渗流状态,难以支撑密封件的详细设计。开展新型陶瓷纤维编织密封的泄漏和变形行为数值仿真研究,通过建立陶瓷纤维编织密封的多孔介质渗流-应力耦合求解模型,在渗透压差的基础上,进一步量化了压缩量和填充密度等因素对泄漏量的影响规律,并对比不同截面形状的密封结构的密封性能。结果表明:泄漏量随填充密度和压缩量的增大呈线性减小,在10 kPa渗透压差下,填充密度从0.15 g/cm^(3)提高到0.20 g/cm^(3),泄漏量降低18.39%,压缩量从1 mm变为2 mm,泄漏量降低29%。接近方形截面的密封结构比圆形截面密封结构的密封性能更好,在0.25 MPa渗透压差下,R=1 mm的近似方形编织截面密封件的泄漏量比R=5 mm的圆形编织截面密封件的泄漏量低44%。研究结果可为陶瓷纤维编织密封在变几何涡轮上的应用提供理论及方法支撑。 展开更多
关键词 纤维编织密封 泄漏特性 渗流-应力耦合模型 密封性能 多孔介质
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城市生活垃圾土生化-渗流-应力耦合行为数值仿真
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作者 马鹏程 陈云敏 杨文东 《实验技术与管理》 北大核心 2025年第5期115-122,共8页
垃圾土中的生化-渗流-应力耦合行为会显著影响垃圾堆体的变形。该文首先引入了与降解在变形方面等效的附加应力Pb,建立了垃圾土降解-骨架弱化本构模型,该模型能够较好地描述降解变形和降解对压缩性的影响。然后,完善了垃圾土生化-渗流-... 垃圾土中的生化-渗流-应力耦合行为会显著影响垃圾堆体的变形。该文首先引入了与降解在变形方面等效的附加应力Pb,建立了垃圾土降解-骨架弱化本构模型,该模型能够较好地描述降解变形和降解对压缩性的影响。然后,完善了垃圾土生化-渗流-应力耦合模型并采用OpenGeoSys软件开展了二维垃圾边坡耦合行为数值仿真,分析了底物浓度、甲烷产量等生化降解物理量和气压、侧向变形、沉降等力学物理量的演化规律及相互作用,相比仅关注垃圾土一维变形的耦合数值仿真有显著进步。该文研究成果可作为土木工程研究生数值试验课程的典型教学案例。 展开更多
关键词 城市垃圾土 本构模型 生化-渗流-应力耦合 数值仿真
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温度-应力耦合作用下高密度聚乙烯板壳结构的导波频散特性
9
作者 张旭 刘刚 +2 位作者 陈雷 江海磊 张泽徽 《中国石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期161-170,共10页
超声导波由于便捷、高效等优点被广泛应用于高密度聚乙烯(HDPE)板壳结构的缺陷识别和损伤监测,然而服役环境中的温度变化与结构应力会给导波频散特性带来不确定性的耦合影响,限制了导波检测技术的可靠性。基于Floquet-Bloch周期性边界,... 超声导波由于便捷、高效等优点被广泛应用于高密度聚乙烯(HDPE)板壳结构的缺陷识别和损伤监测,然而服役环境中的温度变化与结构应力会给导波频散特性带来不确定性的耦合影响,限制了导波检测技术的可靠性。基于Floquet-Bloch周期性边界,考虑温度-应力耦合下超弹性材料的初始应变能,建立HDPE板壳结构的频散分析模型,研究不同导波传播方向下温度-应力耦合作用对模态波结构、频散曲线和相速度变化的影响,并通过试验进行模型准确性验证;分别引入温度和应力敏感因子表征不同频率下导波模态相速度对环境温度和应力的敏感程度。结果表明:在均匀温度变化下导波传播平面内的不均匀应力状态会改变Lamb波和SH导波的位移波结构分布,导致两者的频散曲线在原本交叉点处彼此排斥并偏离;导波模态的相速度变化与温度-应力耦合条件、频率和传播方向密切相关;相同应变下,温度变化对导波模态相速度的影响明显大于结构应力;SH0模态和中高频范围大于10 kHz的Lamb-A0模态对温度变化和结构应力的敏感性均很弱,可以降低环境因素对导波信号的干扰,研究结果解释了不同环境温度和应力耦合作用对导波频散特性的影响规律。 展开更多
关键词 HDPE板壳结构 温度-应力耦合 Floquet-Bloch周期性边界 频散特性 敏感性分析
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周期性渗流-应力耦合下滑带土的蠕变特性试验研究
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作者 张海燕 胡新丽 李亚博 《岩土力学》 北大核心 2025年第7期2189-2198,共10页
滑带土对滑坡的变形演化具有重要的控制作用,因此研究其在渗流-应力耦合下的蠕变特性对理解水库滑坡的演化具有重要意义。以三峡库区马家沟滑坡滑带土为研究对象,开展了周期性渗流-应力耦合下的孔压测试和蠕变试验,分析了周期性渗透压... 滑带土对滑坡的变形演化具有重要的控制作用,因此研究其在渗流-应力耦合下的蠕变特性对理解水库滑坡的演化具有重要意义。以三峡库区马家沟滑坡滑带土为研究对象,开展了周期性渗流-应力耦合下的孔压测试和蠕变试验,分析了周期性渗透压的动力效应、试样内孔隙水压力的传递与分布规律,以及滑带土蠕变对周期性渗透压的响应特征。结果表明,周期性渗透压通过改变试样内孔隙水压力的传递和消散影响滑带土的变形;随着循环次数增加,试样内孔隙水压力趋于稳定并呈抛物线分布;在周期性渗透压作用下,滑带土出现“黏滑蠕变”现象,当偏应力较小时,滑带土蠕变对周期性渗透压有明显波动响应;而当偏应力超过900 kPa时,滑带土对渗透压的响应不再明显。 展开更多
关键词 滑带土 周期性渗透压 渗流-应力耦合 蠕变特性
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渗流-应力耦合作用下尾砂结石体渗透特性演化试验研究
11
作者 韦耀祥 柴陆军 +3 位作者 程爱平 李东立 邬坤 张冬旺 《金属矿山》 北大核心 2025年第6期52-62,共11页
尾砂结石体作为一种绿色环保的注浆材料,在矿山注浆堵水技术中已得到了广泛应用,其渗透特性对矿山的安全开采至关重要。基于此,本研究制作了不同水泥含量的尾砂结石体试样,采用岩石渗透试验系统,开展了不同渗透压和围压下的尾砂结石体... 尾砂结石体作为一种绿色环保的注浆材料,在矿山注浆堵水技术中已得到了广泛应用,其渗透特性对矿山的安全开采至关重要。基于此,本研究制作了不同水泥含量的尾砂结石体试样,采用岩石渗透试验系统,开展了不同渗透压和围压下的尾砂结石体渗流—应力耦合渗透试验,阐明了尾砂结石体在渗流—应力耦合作用下的渗透特性演化规律;并结合低场核磁共振系统,揭示了尾砂结石体渗透特性演化机理。研究结果表明:(1)尾砂结石体的孔隙率、流速及渗透率演化规律高度吻合,且呈现出显著的阶段性特征,具体可分为迅速饱和阶段、体缩抑流阶段和稳定渗流阶段;(2)尾砂结石体孔隙率、流速和渗透率演化规律与水泥含量和围压的变化呈负相关关系,与渗透压变化呈正相关关系;(3)孔隙结构的变化是主导尾砂结石体渗透特性演化的关键因素,随着渗透压的提高,中孔隙以及大孔隙占比升高,渗透率进而增高;随着围压的提高,微孔隙的占比升高,渗透率从而降低。研究结果可为注浆工程提供理论指导. 展开更多
关键词 尾砂结石体 渗流-应力耦合 渗透特性 核磁共振
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损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律研究 被引量:2
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作者 林志斌 李亚豪 +2 位作者 林培忠 张勃阳 杨大方 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期154-163,共10页
目的为分析上覆溶洞对隧道的影响,进行损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律的研究。方法以重庆市双碑隧道工程为背景,基于三线性应变软化模型建立岩体损伤-渗流耦合模型,采用FLAC3D对隧道开挖通过上覆溶洞过程中的围岩变形、... 目的为分析上覆溶洞对隧道的影响,进行损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律的研究。方法以重庆市双碑隧道工程为背景,基于三线性应变软化模型建立岩体损伤-渗流耦合模型,采用FLAC3D对隧道开挖通过上覆溶洞过程中的围岩变形、塑性区、渗透系数和涌水量进行数值模拟分析,并对比分析了不考虑岩体损伤-渗流耦合作用和不同溶洞水压对上覆溶洞隧道突水灾变特征的影响。结果上覆溶洞水压为1.8 MPa时,隧道开挖通过上覆溶洞中心5.0 m后,隧道围岩在溶洞与隧道间产生2条“八字形”的导水裂隙带,导致溶洞与隧道间岩体整体滑动约600 mm,整个滑动体近似梯形,其顶、底、高分别为3.6,9.6,8.4 m;隧道开挖未到达上覆溶洞时,其最大涌水量不超过0.01 m^(3)/s,而通过上覆溶洞中心0,2.5,5.0 m后,其最大涌水量分别为0.022,0.185,0.743 m^(3)/s;上覆溶洞水压为1.2,1.8,2.4 MPa时,隧道通过上覆溶洞后的最大涌水量分别为0.031,0.0743,1.365 m^(3)/s。结论隧道开挖通过上覆溶洞过程中,上覆溶洞水压超过临界值时,隧道会发生冒顶坍塌和突水事故,且突水表现出一定的滞后性和大体量性;溶洞水压越大,隧道会越早突水,最终突水量越高;为模拟再现岩溶隧道开挖过程中的突水灾变时空演化过程,必须考虑岩体的损伤-渗流耦合作用。本文研究成果可为岩溶隧道工程围岩稳定控制提供重要依据。 展开更多
关键词 溶洞 隧道 损伤-渗流耦合 突水 渗透系数 涌水量
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粗糙裂隙渗流-溶蚀耦合过程可视化试验及渗透性演化规律研究 被引量:1
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作者 王婷 王子龙 +1 位作者 李炎隆 何亚宁 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第8期1662-1671,共10页
西南地区岩溶区域分布广泛,水资源丰富,是中国未来水资源开发的主战场。探究岩溶过程中溶蚀模式的发育规律及其对岩体渗透特性影响,对保证涉及岩溶发育区的水利工程设施的选址、建设及长期运行安全至关重要。为此,研发了粗糙裂隙渗流-... 西南地区岩溶区域分布广泛,水资源丰富,是中国未来水资源开发的主战场。探究岩溶过程中溶蚀模式的发育规律及其对岩体渗透特性影响,对保证涉及岩溶发育区的水利工程设施的选址、建设及长期运行安全至关重要。为此,研发了粗糙裂隙渗流-溶蚀耦合过程实时可视化试验平台,开展了不同流速下的粗糙裂隙渗流-溶蚀试验,研究了流速影响下粗糙裂隙溶蚀形态、溶蚀速率、裂隙开度变化、溶蚀模式转变及渗透性演化规律。试验观测到:随着流速的增加,溶蚀模式从紧凑溶蚀转变为“虫孔”溶蚀,进而转变为均匀溶蚀。根据穿透长度理论,定义了考虑裂隙长度的有效Da数Daeff,L,确立了溶蚀模式从紧凑溶蚀向“虫孔”溶蚀,进而向均匀溶蚀转变的临界转变条件分别为Daeff,L≈10与Daeff,L≈1,并得到了本文试验结果的验证。渗流-溶蚀耦合作用使裂隙渗透率的变化规律不再符合立方定律;在相同的开度变化时,“虫孔”溶蚀的渗透率增长最迅速,并远远大于立方定律,所需突破流量PVbt最小。研究成果可为自然及工程中岩溶过程的认识与控制提供参考依据与技术思路。 展开更多
关键词 粗糙裂隙 渗流-溶蚀耦合 可视化试验 理论判据 渗透率演化
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黔西矿区软硬分层煤温度-压力耦合影响瓦斯解吸试验 被引量:1
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作者 黄良 李希建 +1 位作者 刘钰 陈守坤 《工矿自动化》 北大核心 2025年第1期156-162,170,共8页
煤层瓦斯解吸特性对矿井瓦斯涌出规律和煤层气开发有重要影响,煤层温度和压力变化对软硬分层煤瓦斯解吸有明显控制作用。贵州黔西矿区煤层大多属于高瓦斯近距离突出煤层群,软硬结合较多,且煤层透气性低。为进一步明确该地区煤层瓦斯解... 煤层瓦斯解吸特性对矿井瓦斯涌出规律和煤层气开发有重要影响,煤层温度和压力变化对软硬分层煤瓦斯解吸有明显控制作用。贵州黔西矿区煤层大多属于高瓦斯近距离突出煤层群,软硬结合较多,且煤层透气性低。为进一步明确该地区煤层瓦斯解吸特性,以贵州黔西典型矿区小屯煤矿和青龙煤矿软硬分层煤为研究对象,利用HCA型高压容量法吸附装置对软硬分层煤进行不同温度、压力下的瓦斯解吸特征试验研究,对比分析温度、压力耦合变化对软硬分层煤瓦斯解吸特征的影响。结果表明:同一煤样温度、压力越高,瓦斯解吸初速度越大,对于0~120 s内的初始瓦斯解吸,瓦斯压力不占主导作用;软分层煤初始瓦斯解吸速率大于硬分层煤,硬分层煤累计瓦斯解吸量大于软分层煤,硬分层煤累计瓦斯解吸量最快在540 s内超过软分层煤;煤体暴露后60 s内含煤瓦斯解吸量变化最剧烈,且软分层煤前60 s解吸量所占比例大于硬分层煤,解吸更“活跃”;瓦斯解吸速率随压力的增加而升高,解吸速率可划分为3个阶段,即0~60 s为“解吸爆炸期”,60~1500 s为“解吸跳跃期”,1500~7200 s为“解吸稳定期”;软分层煤中值解吸时间受温度、压力影响大于硬分层煤,软分层煤瓦斯解吸主要集中在煤炭暴露后1800 s内。 展开更多
关键词 构造煤 软硬分层 瓦斯解吸速率 瓦斯解吸量 温度-压力耦合影响
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风-震耦合作用下钢-预应力混凝土混合塔筒动力响应特征与结构优化 被引量:2
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作者 邢国华 任泽鹏 +2 位作者 苗鹏勇 葛一鸣 黄娇 《东南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期716-725,共10页
为探究风力发电塔筒结构在多种荷载作用下的响应特征,选取一座在役4.55 MW钢-预应力混凝土混合塔筒结构,基于Davenport谱生成顺风与侧向扰动脉动风荷载,并考虑典型地震动,通过Abaqus分析不同工况下的动力响应特征,明确结构薄弱部位,并... 为探究风力发电塔筒结构在多种荷载作用下的响应特征,选取一座在役4.55 MW钢-预应力混凝土混合塔筒结构,基于Davenport谱生成顺风与侧向扰动脉动风荷载,并考虑典型地震动,通过Abaqus分析不同工况下的动力响应特征,明确结构薄弱部位,并应用超高性能混凝土(UHPC)对其进行优化。结果表明:脉动风荷载作用下塔筒位移沿高度分布均匀,最大塔顶位移角仅1/635,地震及风-震耦合作用下,塔筒TD2~C1变截面薄弱段的加速度、位移响应骤增致结构破坏;顺风与地震耦合下塔顶位移是单独地震作用下的1.47~1.74倍,考虑侧向扰流后,塔顶位移增大55.8%~86.9%;采用UHPC对塔筒薄弱段进行优化可有效提高结构整体受力性能,避免或延缓结构薄弱区局部失效导致结构整体倒塌。 展开更多
关键词 风力发电塔 -应力混凝土塔筒 脉动风荷载 -地震耦合 动力响应
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城市小净距隧道运营期渗流场-应力场演变规律及防排水结构优化
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作者 陈子全 何川 +3 位作者 喻炳鑫 李铮 张航 刘冒佚 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第8期1572-1582,共11页
复杂水文地质环境富水隧道在运营期的结构安全问题及其与地下水环境的互馈机制受到越来越多的重视。为探究城市小净距隧道在运营期的渗流场-应力场演变规律并提出合理的防排水方法,基于重庆市科学城隧道开展了变水头及强降雨条件下的渗... 复杂水文地质环境富水隧道在运营期的结构安全问题及其与地下水环境的互馈机制受到越来越多的重视。为探究城市小净距隧道在运营期的渗流场-应力场演变规律并提出合理的防排水方法,基于重庆市科学城隧道开展了变水头及强降雨条件下的渗流模型试验与数值模拟研究,揭示了衬砌水压力与围岩压力的演变过程,提出了一种基于排水量-结构安全性协同调控的地下水环境保护主动控制技术。研究结果表明:城市小净距隧道左右洞形成的降水漏斗在空间上部分重叠并相互影响,水压力在水平方向呈“W”形分布,随着埋深增大或减小逐渐演变为下凹弧形,其水平方向影响范围超过80 m。注浆圈对水压力与围岩压力的折减效果随着水头高度的增加而减弱,水头高度为30~50 m时注浆圈对总荷载的折减比例约为18.6%~40%。小净距隧道衬砌荷载分布呈现出显著的非对称性。强降雨过程中,衬砌荷载演变可划分为缓慢增长、快速增长、逐渐稳定3个阶段,高水压引发的二次衬砌开裂和突水灾害主要集中在拱腰、拱脚和隧道底部。高水压地段建议增设衬砌底部排水盲管,生态环境敏感区隧道地下水排放需采取主动调控技术,从而保护地下水环境的生态平衡。 展开更多
关键词 城市小净距隧道 运营期 渗流-应力 衬砌力学性能 防排水结构 主动调控
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热流固耦合作用下干热岩地热井套管-水泥环胶结面应力场分析
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作者 赵新波 秦翊玮 +4 位作者 吕健 梁凯 何晓红 赵世军 张立松 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第5期66-78,共13页
干热岩是一种新型清洁能源,对其开发利用,能够有效减少碳排放和缓解化石能源短缺问题。在所有井筒系统结构中,套管-水泥环胶结面是较为薄弱的结构,在热流固耦合作用下,套管-水泥环胶结面破裂机理尚不清楚。本文考虑套地层孔隙水压力、... 干热岩是一种新型清洁能源,对其开发利用,能够有效减少碳排放和缓解化石能源短缺问题。在所有井筒系统结构中,套管-水泥环胶结面是较为薄弱的结构,在热流固耦合作用下,套管-水泥环胶结面破裂机理尚不清楚。本文考虑套地层孔隙水压力、套管内注入水与地层之间温差所引起的热载荷、孔隙流体的热渗效应(T-O),建立干热岩地热井套管-胶结面-水泥环-地层组合体热流固耦合模型。通过拉普拉斯变换和逆变换,对模型进行求解,并与已公开发表的温度场数据和径向应力场数据进行比对验证。以青海共和盆地恰卜恰地区干热岩井为工程背景,得到了井筒系统内各界面随时间发展的温度曲线和径向应力曲线,发现套管-水泥环胶结面处的温度在2.3 d左右降低到套管内壁温度,而径向应力开始有短暂的降低后增加,径向应力最小值为6.31 MPa。进一步分析胶结面的热流固耦合参数对干热岩地热井套管-胶结面界面径向应力的影响规律,结果表明:当胶结面的弹性模量、泊松比、T-O系数与水泥环的相应属性相近时,或者较低的地层温度和较小的胶结面孔隙率,均能减小套管-胶结面界面处的径向应力,因而更有利于套管-胶结面-水泥环-地层组合体的完整性。该结论对干热岩地热井保护井筒的完整性具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 干热岩地热井 热流固耦合 套管-水泥环胶结面 应力 理论解
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水动力-应力-化学溶蚀耦合作用下劣化灰岩能量演化规律与损伤本构模型
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作者 杨忠平 侯善萌 +2 位作者 张益铭 高宇豪 刘新荣 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第4期759-768,共10页
库水位常年周期性波动,导致消落带基岩处于水动力冲蚀的干湿循环状态,加之覆岩的自重作用,促使基岩强度的劣化。为研究水动力-应力-化学溶蚀耦合条件下岩体劣化规律,在现场调查基础上,开展了该耦合条件下灰岩试样劣化试验,阐明了此条件... 库水位常年周期性波动,导致消落带基岩处于水动力冲蚀的干湿循环状态,加之覆岩的自重作用,促使基岩强度的劣化。为研究水动力-应力-化学溶蚀耦合条件下岩体劣化规律,在现场调查基础上,开展了该耦合条件下灰岩试样劣化试验,阐明了此条件下灰岩能量演化规律并提出了损伤本构模型。结果表明:根据能率-位移曲线,将岩石破坏过程划分为易损区压密、微裂隙闭合、弹性变形、微裂隙扩展及峰后破坏5个阶段;随着劣化应力的增加,部分耗散能提前释放,耗散能与弹性能相等时的应变逐渐减小;随着干湿循环次数的增加,其破坏时总能量对应力的敏感性增强;揭示了水动力-应力-化学溶蚀耦合机理;提出了水动力-应力-化学溶蚀耦合作用下考虑压密阶段劣化灰岩的损伤本构模型,预测精度较高,可为库区灾害预测防治提供一定的理论指导。 展开更多
关键词 水动力-应力-化学溶蚀耦合 单轴压缩 能量演化 WEIBULL分布 本构模型
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基于电磁-热耦合的过载工况下低压五芯电缆温度预测
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作者 赵永秀 房家昶 +1 位作者 孔令豪 刘树林 《消防科学与技术》 北大核心 2025年第10期1517-1523,共7页
针对传统热路模型在预测低压五芯电缆过载温度时因多相热源耦合、几何非均匀性及电阻温度效应导致的精度不足问题,建立一种基于电磁-热耦合的二维暂态温度场有限元模型。以YJV 5.0×2.5mm^(2)低压电缆为研究对象,通过求解麦克斯韦... 针对传统热路模型在预测低压五芯电缆过载温度时因多相热源耦合、几何非均匀性及电阻温度效应导致的精度不足问题,建立一种基于电磁-热耦合的二维暂态温度场有限元模型。以YJV 5.0×2.5mm^(2)低压电缆为研究对象,通过求解麦克斯韦与暂态热传导方程,结合Galerkin弱形式离散和隐式欧拉时间积分算法,得到不同工况下的电缆温度演化趋势。结果表明,三相对称工况下B相是绝缘失效高风险区域,环境温度从15℃升高至40℃,缆芯稳态时温升为27.53℃,损耗增幅为18.68%;负载电流由15 A升高至35 A,缆芯稳态时温升为81.1℃,损耗增幅为37.18%。试验结果表明,模型预测外护套温度平均绝对误差小于3%,且3600 s暂态仿真可在5 min内完成。该模型解决了传统方法对多物理场耦合的简化局限,可应用于电气火灾危险排查与过热警报,为电缆载流量动态评估、超温预警及过热保护提供理论依据。 展开更多
关键词 五芯电缆 电磁-耦合 有限元法 温度
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应力-渗流耦合作用下不同卸荷路径对砂岩损伤特性及能量演化规律的影响研究 被引量:10
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作者 张培森 许大强 +3 位作者 颜伟 张晓乐 董宇航 赵铭 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期325-339,共15页
岩体灾害发生的本质是能量驱动下的一种失稳现象,受开挖卸荷扰动影响导致的岩体结构破裂失稳是诱发采场突水等动力灾害的主要原因之一。为探究开挖卸荷过程对岩体结构破裂的影响,明晰围岩劣化损伤规律及突水等动力灾害孕育机制,针对应力... 岩体灾害发生的本质是能量驱动下的一种失稳现象,受开挖卸荷扰动影响导致的岩体结构破裂失稳是诱发采场突水等动力灾害的主要原因之一。为探究开挖卸荷过程对岩体结构破裂的影响,明晰围岩劣化损伤规律及突水等动力灾害孕育机制,针对应力-渗流耦合因素影响下岩石损伤特性及能量演化规律研究较少的特点,采用Rock Top多场耦合试验仪,在应力-渗流耦合作用下对砂岩开展了常规三轴(C组)、不同初始损伤程度常规卸围压(W组)及循环加卸围压(X组)3种应力路径下的岩石损伤特性及能量演化规律试验研究。试验结果表明:岩石能量演化规律与应力-应变曲线具有明显相关性,基于岩石弹性应变能演化特征,将常规三轴压缩(C组)下岩石应力-应变曲线分为5个阶段,并对每个阶段U_(1)、U_(3)、U_(e)、U_(d)及渗透率变化特点进行了详细阐释(U_(e)为弹性应变能,U_(d)为耗散能,U_(1)为轴向应力对岩石做正功转化的岩石应变能,U_(3)为做负功所释放的应变能);常规卸围压过程中,U_(1)、U_(3)演化规律与C组岩石基本一致,但U_(3)负增长更为显著,岩石输入能逐渐从以U_(e)为主导转变为以U_(d)为主导,初始损伤程度对该规律无明显影响,卸围压过程中渗透率呈波动上升趋势,围压与渗透率呈负相关;循环加卸围压过程中,各能量演化规律与W组岩石基本一致,仅因时间效应而导致能量积累量存有差异。整体来看,无论何种应力路径,峰前阶段岩石均以U_(e)为主导,以能量存储为主,峰后阶段则以能量释放及耗散为主,轴向应力加载是U_(e)得以快速积累的主要影响因素,围压改变不足以引起U_(e)发生较大变化,轴向载荷作用为工程致灾的主要影响因素。此外,岩石损伤变量与围压存在明显负相关,围压越大,岩石U_(e)释放比例越小,岩石损伤越小,围压束缚作用可有效提高岩石储能能力并抑制岩石能量的耗散与释放。 展开更多
关键词 岩石力学 应力-渗流耦合 卸荷路径 损伤特性 能量演化
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